专利名称：大体积混凝土的快速浇筑及温控方法
技术领域：
本发明涉及一种大体积混凝土的快速浇筑及温控方法，属于混凝土浇筑及温控方 法的技术领域。
背景技术：
目前大体积混凝土施工后常常出现裂缝，如大坝、锚碇、桥墩等，温度荷载是导致 大体积混凝土开裂的重要原因，因此在此类工程中混凝土的施工期温度控制是设计和施工 的一项非常重要的内容。目前常用的温控手段有可概括为四个方面控制浇筑温度、水管冷 却、仓面散热和表面保温。这几个方面的措施综合使用对防止裂缝出现有明显的作用，但大 体积混凝土的裂缝仍经常出现，影响工程的正常施工进度和安全运行。主要的原因存在于 这些措施的组合不够合理，比如水管布置太希疏、冷却水温偏高，表面保温材料的厚度和保 温时间不合理，过于依赖仓面散热等等。为了保证大体积混凝土的施工质量，并加快浇筑进 度，可以从施工期的温控手段方面进行一些改进。在大体积混凝土浇筑块厚度的理论研究方面，国内朱伯芳对浇筑层厚度曾经做过 专门的探讨，提出一些简单易用公式，计算了浇筑层厚与浇筑块温度之间的一些关系，并提 出浇筑层的临界上升速度概念，为工程技术人员提供了简明方便的参考。长江水利委员会 设计院为确保2003年三峡大坝第一批机组发电目标，曾从混凝土温控角度对蜗壳二期混 凝土浇筑层厚进行研究，提出合理的温控措施，在满足施工质量要求的前提下，适当加大了 浇筑层厚。三峡工程的科技工作者还对大坝非约束区采用3. Om浇筑层厚进行了计算研究。 二滩拱坝工程的研究者在计算了温度应力的基础上也提出浇筑层厚度由1. 5m改为3. Om的 方案，实践证明方案是成功的。中国水利水电第四工程局有限公司完成的“混凝土浇筑中温 控防裂的施工方法”申请了国家发明专利该项技术研究建立和完善了大体积混凝土温度 控制和施工层间歇期预警预控系统，将施工中各环节的大体积混凝土温度控制在预警预控 底线之内；采用高效缓凝减水剂、优化大体积混凝土配合比等来控制大体积混凝土内部早 期温度；对大坝大体积混凝土永久外露面采用后贴保温材料等综合技术，从根本上确保了 坝体永久面、长间歇面的保温、保湿效果。该专利实现了高温条件下，大体积混凝土 3. Om浇 筑层厚且温控防裂效果良好。现在对大坝非约束区混凝土，3. Om的浇筑层厚已经是一项常 规的措施。但这一层厚与国外水平相比仍存在很大差距，有进一步改进的空间。根据实践经验和计算分析，在国内外最近几十年的混凝土大坝施工中，混凝土浇 筑层厚和间歇期是限制施工速度的两个瓶颈。目前常用的混凝土坝浇筑层厚度在强约束区 一般是1. 5m 2. Om,在弱约束区和非约束区一般是2. Om 3. Om,超过3. Om的浇筑层厚国 内很少见。目前常用的浇筑层间歇期是7d左右，一般在5d 10d，也有少部分浇筑层的间 歇期在20d 30d。采用3m以下的浇筑层厚和5d以上的间歇期的一个重要目的是为了让 混凝土在间歇期内散发一部分热量，从而达到降低内部温度的效果。一般而言，一个IOOm 高的混凝土坝，基础约束区至少要分为10个浇筑层，基础非约束区的混凝土至少要分为27 个浇筑层，共计至少37个浇筑层，每个浇筑层浇筑时间约ld，间歇期按平均数计算约7d。如果不计其它因素的影响，一个河床坝段的混凝土浇筑到坝顶至少需要10个月。在目前的实 际工程当中，各个坝段是交替上升的，同时考虑到混凝土的生产能力和运输能力，以及其它 工序的影响，比如灌浆、导流等，一个IOOm高的混凝土坝主体工程一般需要20个月 40个 月，如果坝段较多，则需要的时间更长。而目前规划和设计中的一些混凝土坝达到200m 300m级高度，对于这类高坝，浇筑层更多，需要协调的工序和因素也更多，因此浇筑层厚和 间歇期长度对整个施工进度的影响更加显著。而且根据实际情况来看，采用较小的浇筑层 厚和较长的间歇期进行散热，混凝土坝仍有很多裂缝出现。可见，目前的温控方法有值得进 一步改进之处。实际上，超过3m的厚浇筑层，比如6m、9m，甚至十几米，在我国大跃进的历史阶段 在个别混凝土坝施工中曾经实施过，但是当时的温控防裂计算水平和实施手段无法满足工 程实际的要求，因此当时的快速浇筑方法实施后混凝土出现较多的裂缝，无法达到质量控 制要求。此后，国内始终将3m的浇筑层厚和7d左右的间歇期作为常用的浇筑方式。国际 上采用厚浇筑层较多的国家主要是加拿大，该国的史迪华特维利重力坝，高65m，采用通仓 厚层浇筑，每次浇筑层厚为12 15m ；拉叶重力坝，高72m，通仓厚层浇筑，每次浇筑层厚为 19. 5m。可见国外在混凝土坝的快速施工方面已经领先于我国。限于以往水管冷却算法的精度，前人的研究成果、专利对水管冷却的效果认识还 不够深入，实际工程中常用的最大浇筑层厚是3. 0m，混凝土浇筑块中的水管布置往往间距 较大，一般是2. 5m 3. Om,除了间距以外，对影响冷却效果的其它因素也没有充分优化。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种大体积混凝土的快速浇筑及温 控方法。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案
本发明大体积混凝土的快速浇筑及温控方法包括如下步骤
(1)水管冷却浇筑过程中，铺设HDPE管或金属水管，所述管内径25mm 45mm，所述管 布置型式采用竖直距离和水平距离在1 . O m 1 . 5 m ；坝体层内按照左右岸方向进行布 置；冷却水温使用8. 0°C 20. O0C，冷却水的流量为0. 5 m3/h 6. 0m3/h ；开始通水时间是 若混凝土浇筑温度高于管中的水温，则浇混凝土的同时就开始通水；若混凝土浇筑温度低 于管中的冷却水温，则混凝土浇筑后等到混凝土浇筑温度的温升达到管中的水温时才开始 通水；通水开始后，每隔0. 5d 2. 0d换一次通水方向，其中d表示天，下同；
(2)表面保温混凝土浇筑完5d 3 0 d后拆模，坝体模板外贴1 5cm厚的泡沫塑 料板进行保温，同时浇筑仓面采用一层大坝保温被进行保温。优选地，所述管布置型式采用竖直距离和水平距离在1 . 0 m 1 . 5 m。优选地，冷却水的流量为0. 5 m3/h 6. 0m3/h。本发明利用厚层筑层和水管散热的方式，主要通过加强和优化水管冷却的作用， 将混凝土内的热量及时导出，从而达到更好的温控效果，同时也可以实现厚浇筑层和短间 歇期的快速浇筑方法。改变了以往薄层长间歇浇筑所带来的混凝土内部和间歇面拉应力 大，施工耗时长的缺点。本发明上述这些水管冷却因素的合理组合下，再辅以相应的表面保温措施，可以实现任意的混凝土浇筑层厚和浇筑间歇期的组合，比如目前的浇筑方式可以扩展为6m厚 的浇筑层以及5d的浇筑间歇期，甚至更大的浇筑层厚以及更小的间歇期，从而加快施工速 度，并实现混凝土防裂要求。采用合理的水管冷却和表面保温措施，还可以放宽浇筑温度的 要求。在达到相同温控目标的要求下，降低浇筑温度比加强水管冷却的耗费大很多，因此， 本发明中提出的方法还可以明显节约施工成本。
具体实施例方式本发明通过合理的水管布置对各种大体积混凝土实现快速浇筑，并实现防裂目 标。根据不同的混凝土发热速度和发热量，冷却水管可以选择采用塑料管或铁管。根据冷 却水流量要求，水管内径可以选择在25mm 45mm范围内。根据管壁能承受的水压和所产 生的冷却效果，管壁厚度可以选择在1. 5mm 5. Omm之间。根据不同的浇筑层厚和混凝土 热学性质，水管在竖直方向和水平方向的布置间距应处于1. Om 1. 5m之间。根据不同区 域混凝土的拉应力大小，布置水管的具体位置。根据水管沿程水温的变化幅度，水管的长度 一般取IOOm 300m。根据冷却所应达到的混凝土温度峰值要求以及峰值后温度下降速度 的要求，冷却水的进口水温一般可以取8. 0°C 20. 0°C，同时，冷却水的进口温度与不同的 水管材料以及水管布置密度也是相关的。为了便于冷却过程的优化控制，冷却水的流量应 在不同的冷却阶段进行调整，一般在0. 5m3/h 6. 0m3/h，这个因素也是与进口水温密切相 关的。根据混凝土的发热延续时间，通水冷却的时间长度一般在7.0d 28d范围内。根据 混凝土不同阶段的冷却均勻性要求，水流方向的变化一般控制在0. 5d 2. Od范围内。本发明具体是通过改变水管冷却措施中的水管材质、水管直径、管壁厚度、水管的 间距、水管的位置、水管长度、进口水温、冷却水流量、通水时间、水流方向的方法，并辅以相 应的表面保温方法，可使浇筑层厚突破3米，浇筑间歇期短于5天，从而实现大体积混凝土 的快速浇筑，同时有效防止裂缝的出现。实施例1 广东省某混凝土坝工程中，多个浇筑块采用6m的浇筑层厚，在当地高温 条件下，放开浇筑温度的限制。施工中具体实施的方法如下(1)水管冷却浇筑过程中，铺 设PVC管，水管内径28mm，水管布置型式采用竖直距离X水平距离=1.50X1. OOm0坝体 层内(高程243. Om以下)水管按照左右岸方向进行布置，水流流道以上(高程243. Om以上) 的常态混凝土按照上下游方向布置。水管布置时要保证水管离坝体表面有0. 5m 0. 8的 距离。冷却水温使用22. 0°C，通水流量为25L/min，通水时间为20d。开始通水时间选择的 原则是若混凝土浇筑温度高于管中水温，则浇混凝土的同时就开始通水；若浇筑温度低 于冷却水温，则混凝土浇筑后等到它的温升达到水管中的水温时才开始通水。通水开始后， 每隔Id换一次通水方向。通水开始后，每隔Id换一次通水方向。(2)表面保温混凝土浇 筑完5d后拆模，浇筑时坝体四周用2cm厚的泡沫塑料板进行保温，同时浇筑仓面也要采用 一层土工膜进行保温。对于流道上部的常态混凝土，在高程243. Om 248. 5m的区域，浇筑 完15d后再拆模，在此期间，表面继续进行保温。高程248. 5m以上区域常态混凝土，仍按照 浇筑完5d时间拆模，浇筑时保温。经过采用本发明不仅建设了一个优质工程，而且提前半 年完工和发电，取得巨大的经济效益
实施例2 四川某混凝土坝工程中，位于基础强约束区的13 #河床坝段，长152m，宽 20m，采用本发明进行6m层厚的浇筑。施工中采用的快速浇筑温控方法具体如下(1)水管冷却采用HDPE管，直径为2. 8cm，水管竖直间距X水平间距为1. 5mX 1. 5m，最上层水管距 离仓面0. 6m，水管距离上下游面水平距离0. 5 1. 0m。进口水温10°C，通水28d。起始通 水流速1.2m/s。通水14d后流速减为0.6m/s。每隔一天换一次通水方向。(2)表面保温 在混凝土仓面覆盖2. Ocm厚的大坝保温被直到上层混凝土浇筑，在混凝土侧面钢模板外贴 3. Ocm厚的聚乙烯苯板(拆模前)和覆盖2. Ocm的大坝保温被(拆模后)。(3)浇筑温度自然 入仓(浇筑温度约为日平均气温加3°C，且最高浇筑温度不超过18°C )。采用上述方法进行 浇筑不仅成功实现了单个坝段上升过程中的快速浇筑，还实现了三个坝段同时上升的快速 浇筑，这些快速浇筑的混凝土至今未见裂缝发生。
权利要求
一种大体积混凝土的快速浇筑及温控方法，其特征在于包括如下步骤(1)水管冷却浇筑过程中，铺设HDPE管或金属水管，所述管内径25mm～45mm，所述管布置型式采用竖直距离和水平距离在１.0ｍ～１.５ｍ；坝体层内按照左右岸方向进行布置；冷却水温使用8.0℃～20.0℃，冷却水的流量为0.５m3/h～6.0m3/h；开始通水时间是若混凝土浇筑温度高于管中的水温，则浇混凝土的同时就开始通水；若混凝土浇筑温度低于管中的冷却水温，则混凝土浇筑后等到混凝土浇筑温度的温升达到管中的水温时才开始通水；通水开始后，每隔0.5d～2.0d换一次通水方向，其中d表示天，下同；(2)表面保温混凝土浇筑完５d～30ｄ后拆模，坝体模板外贴1～5cm厚的泡沫塑料板进行保温，同时浇筑仓面采用一层大坝保温被进行保温。
2.根据权利要求1所述的大体积混凝土的快速浇筑及温控方法，其特征在于所述冷却 水管的布置密度为1. 0 m 1. 5 m，冷却水温使用8. 0°C 20. 0°C，冷却水的流量为0. 5m3/ h 6. 0m3/h。
3.根据权利要求1所述的大体积混凝土的快速浇筑及温控方法，其特征在于所述通冷 却水的时间长度在7. Od 28d范围内。
全文摘要
本发明公布了一种大体积混凝土的快速浇筑及温控方法，包括(1)水管冷却和(2)表面保温。本发明通过改变水管冷却措施中的水管材质、水管直径、管壁厚度、水管的间距、水管的位置、水管长度、进口水温、冷却水流量、通水时间、水流方向的方法，并辅以相应的表面保温方法，可使浇筑层厚突破3米，浇筑间歇期短于5天，从而实现大体积混凝土的快速浇筑，同时有效防止裂缝的出现。该方法可以用于土木水利工程的大体积混凝土快速施工。
文档编号E04G21/02GK101994392SQ201010532688
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者刘敏芝, 张杨, 强晟, 朱岳明, 朱振泱, 海燕, 王海波, 王润英, 许军才, 郭利霞, 陈守开, 颉志强 申请人:河海大学